變質(zhì)巖潛山雙重介質(zhì)油藏儲(chǔ)層建模及質(zhì)控方法*
——以渤海灣A油田為例

肖大坤 范廷恩 范洪軍 牛 濤 樊鵬軍 馬淑芳 羅江華

(中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

基于基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)的雙重介質(zhì)地質(zhì)建模方法是目前針對(duì)復(fù)雜裂縫型油氣藏的主流建模方法，廣泛應(yīng)用于變質(zhì)巖、火成巖、碳酸鹽巖潛山油氣藏以及致密砂巖油氣藏[1-4]。近年來(lái)雙重介質(zhì)儲(chǔ)層表征研究，主要集中在裂縫系統(tǒng)靜態(tài)特征描述，包括裂縫期次、產(chǎn)狀以及空間分布規(guī)律預(yù)測(cè)等[5-7]，離散裂縫網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)模擬技術(shù)(DFN)使裂縫精細(xì)表征成為可能[8-10]。

在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合海上油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐認(rèn)為，對(duì)于普遍具有雙重介質(zhì)特征的油氣藏尤其是變質(zhì)巖、火成巖油氣藏來(lái)說(shuō)，除了完善裂縫網(wǎng)絡(luò)精細(xì)描述研究之外，還需在如下方面開(kāi)展深入研究，以進(jìn)一步提高雙重介質(zhì)建模質(zhì)量：第1，受限于不同油氣田儲(chǔ)層的具體特征，基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)的界定尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，具有雙孔特征的儲(chǔ)層不一定具有雙滲特征，合理界定劃分基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)，決定了雙重介質(zhì)建模方法的適用性；第2，基質(zhì)系統(tǒng)普遍視為相對(duì)均質(zhì)的剛性巖塊，一般采用碎屑巖建模的思路，但對(duì)于裂儲(chǔ)比低[7]、地質(zhì)儲(chǔ)量主要賦存于基質(zhì)系統(tǒng)且具備增產(chǎn)條件的油氣藏，基質(zhì)系統(tǒng)表征更為重要，需探索與之相適應(yīng)的建模方法；第3，基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)之間的連通能力是影響雙重介質(zhì)油氣藏開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵因子，也是模型表達(dá)的重要屬性，需一定的質(zhì)控手段確保地質(zhì)建模質(zhì)量。本文以渤海灣太古界變質(zhì)巖潛山A油田為例，探討進(jìn)一步提高復(fù)雜潛山雙重介質(zhì)儲(chǔ)層建模質(zhì)量的方法，為同類(lèi)型油氣藏表征提供思路和方法借鑒。

1 雙重介質(zhì)儲(chǔ)層建模方法適用性分析

由于儲(chǔ)集空間的多樣性，裂縫型油氣藏往往具備多重孔隙結(jié)構(gòu)特征，為了研究其模型，根據(jù)不同孔隙結(jié)構(gòu)的滲流規(guī)律，一般將多重介質(zhì)簡(jiǎn)化為雙重介質(zhì)，即基質(zhì)、裂縫雙重系統(tǒng)[11]。基質(zhì)系統(tǒng)普遍呈現(xiàn)相對(duì)高孔(2%～5%)、低滲(<10 mD)特征，裂縫系統(tǒng)呈現(xiàn)相對(duì)低孔(<2%)、高滲(最高為達(dá)西級(jí))特征，具體界限視不同油氣田特征各有差異，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。典型雙重介質(zhì)儲(chǔ)層應(yīng)既具備靜態(tài)方面的雙重孔隙特征，也具備動(dòng)態(tài)方面的雙重滲流規(guī)律，這樣的儲(chǔ)層適用雙重介質(zhì)建模方法。

然而，大部分潛山裂縫型儲(chǔ)層往往經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在壓實(shí)作用、熱液膠結(jié)交代作用等后期成巖改造條件下，裂縫型儲(chǔ)層內(nèi)的微裂縫條帶、連續(xù)溶蝕孔洞等儲(chǔ)集空間可能被全部或部分充填，造成基質(zhì)系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)的孔滲特征趨于接近，界限變得模糊，從而呈現(xiàn)雙孔單滲特征，針對(duì)這樣的儲(chǔ)層更適合采用等效單重介質(zhì)建模方法[12-13]。

A油田為渤海灣太古界潛山裂縫型油田，基質(zhì)系統(tǒng)儲(chǔ)集空間包括碎裂顆粒粒間孔、粒內(nèi)溶孔以及部分微裂縫，裂縫系統(tǒng)儲(chǔ)集空間包括風(fēng)化成因的張性裂縫、構(gòu)造活動(dòng)成因的剪裂縫及不同類(lèi)型裂縫組合成的裂縫密集帶或斷裂帶(表1)。儲(chǔ)集空間組合類(lèi)型以裂縫-孔隙型、裂縫型為主。

表1 渤海A油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層雙重介質(zhì)系統(tǒng)特征

A油田太古界變質(zhì)巖潛山經(jīng)歷印支期、燕山期、喜山期等多期構(gòu)造活動(dòng)，深層熱液活動(dòng)頻繁，裂縫中廣泛被硅質(zhì)、鈣質(zhì)充填，儲(chǔ)層經(jīng)改造后整體呈現(xiàn)特低孔、低滲物性特征。通過(guò)巖心、薄片觀察以及掃描電鏡資料統(tǒng)計(jì)分析，基質(zhì)系統(tǒng)儲(chǔ)集空間充填比例超過(guò)80%，而裂縫系統(tǒng)儲(chǔ)集空間充填比例不足30%。因此，雖然整體物性較差，但基質(zhì)系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)存在明顯差異。如在潛山風(fēng)化層內(nèi)，基質(zhì)平均孔隙度2.8%、平均滲透率0.06 mD，裂縫平均孔隙度0.8%、平均滲透率2 mD，物性分布呈現(xiàn)顯著的雙峰特征(圖1)。研究表明，A油田潛山儲(chǔ)集空間具有雙重介質(zhì)特征，可以利用雙重介質(zhì)建模方法開(kāi)展精細(xì)建模。

圖1 渤海A油田基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)儲(chǔ)層物性分布

2 基質(zhì)系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)分類(lèi)研究

分類(lèi)表征可以有效改善儲(chǔ)層建模質(zhì)量[14]，對(duì)于復(fù)雜潛山雙重介質(zhì)儲(chǔ)層也是如此。不同類(lèi)型的基質(zhì)系統(tǒng)、不同尺度的裂縫系統(tǒng)具有顯著物性差異，直接影響儲(chǔ)量品質(zhì)，須在地質(zhì)模式認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，開(kāi)展適于潛山油氣藏儲(chǔ)層地質(zhì)特征的分類(lèi)研究。

1) 基質(zhì)系統(tǒng)分類(lèi)。

太古界露頭(圖2)顯示，以致密巖塊為主的潛山基質(zhì)系統(tǒng)受到長(zhǎng)期風(fēng)化作用、多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)應(yīng)力疊加作用、多期次熱液活動(dòng)改造作用的多重因素影響，內(nèi)部?jī)?chǔ)層發(fā)育呈現(xiàn)不均一分布特征：縱向上，潛山頂部暴露的基質(zhì)巖塊普遍經(jīng)歷熱脹冷縮、降水淋濾、生物改造等不同程度的風(fēng)化作用，易形成風(fēng)化裂縫、溶蝕孔洞等儲(chǔ)集空間，不同類(lèi)型的儲(chǔ)集空間往往連片構(gòu)成空間網(wǎng)狀，越靠近風(fēng)化層頂部，改造程度越強(qiáng)，越靠近潛山內(nèi)幕，風(fēng)化改造越弱，因此縱向上呈現(xiàn)似層狀分帶特征；橫向上，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊合可使基質(zhì)巖塊中發(fā)育少量微裂縫，大型中高角度斷層作為構(gòu)造應(yīng)力釋放的主要部位，往往構(gòu)成裂縫發(fā)育密集帶，導(dǎo)致風(fēng)化作用向內(nèi)幕延伸，形成“風(fēng)化漏斗”，即越靠近斷裂帶附近的基質(zhì)巖塊，比其他部分一般具備更好的儲(chǔ)集物性。

圖2 新泰地區(qū)新太古界潛山露頭

對(duì)于A油田來(lái)說(shuō)，潛山油藏裂儲(chǔ)比低于20%，超過(guò)80%的地質(zhì)儲(chǔ)量主要賦存在基質(zhì)系統(tǒng)中。為了精細(xì)刻畫(huà)基質(zhì)系統(tǒng)中相對(duì)優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層分布，根據(jù)潛山地質(zhì)模式認(rèn)識(shí)，結(jié)合潛山不同構(gòu)造部位的巖礦資料分析，對(duì)A油田潛山基質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，共劃分為3類(lèi)基質(zhì)(表2)：一類(lèi)基質(zhì)主要發(fā)育于風(fēng)化層內(nèi)，受到風(fēng)化作用、構(gòu)造應(yīng)力共同影響改造，儲(chǔ)集空間內(nèi)溶蝕孔洞、微裂縫等多種類(lèi)型并存，裂縫線密度普遍大于1條/m，平均孔隙度3.1%，平均滲透率0.07 mD，空間分布與古地貌地形高差及古斷裂位置關(guān)系密切，普遍發(fā)育在古山頭、古斜坡或古斷裂附近；二類(lèi)基質(zhì)主要受古斷裂的多期次活動(dòng)及弱風(fēng)化作用影響改造，儲(chǔ)集空間內(nèi)發(fā)育少量派生構(gòu)造微裂縫，作為溝通基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)的通道，裂縫線密度普遍小于1條/m，平均孔隙度2.8%，平均滲透率0.06 mD，該類(lèi)基質(zhì)主要分布于古斷裂帶附近；三類(lèi)基質(zhì)為致密巖塊，基本未改造，物性最差。

表2 A油田基質(zhì)類(lèi)型劃分及特征

2) 裂縫系統(tǒng)分類(lèi)。

裂縫組系劃分方法是提高裂縫網(wǎng)絡(luò)建模質(zhì)量的主要手段[8-10]，一般從成因機(jī)制、產(chǎn)狀特征、展布規(guī)模等角度進(jìn)行分組[15]。裂縫網(wǎng)絡(luò)定量表征要求基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)必須為確定、連續(xù)和量化的數(shù)據(jù)，鑒于不同尺度的研究基礎(chǔ)資料所描述的裂縫尺度不同(表1)，筆者認(rèn)為，為了客觀合理地開(kāi)展裂縫網(wǎng)絡(luò)分組，除了上述考慮因素之外，也要結(jié)合研究的資料基礎(chǔ)、描述手段及其對(duì)應(yīng)的裂縫尺度來(lái)綜合考慮分組。

三維地震資料對(duì)于描述裂縫連續(xù)體的空間分布具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，動(dòng)態(tài)成像測(cè)井及巖心資料可以提供單井尺度的裂縫數(shù)量、產(chǎn)狀、分布密度等縱向連續(xù)數(shù)據(jù)，描述裂縫寬度普遍大于100 μm。其他資料如薄片、壓汞及掃描電鏡等，主要用于描述基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)縫寬小于100 μm尺度的微裂縫，盡管可精細(xì)描述儲(chǔ)層微觀特征，但是一般由于數(shù)據(jù)樣本較少且離散性強(qiáng)，難以作為連續(xù)的、可供輸入的裂縫描述數(shù)據(jù)。因此，針對(duì)裂縫網(wǎng)絡(luò)建模將以三維地震資料及動(dòng)態(tài)成像測(cè)井資料為主，其他資料作為標(biāo)定數(shù)據(jù)，綜合考慮裂縫產(chǎn)狀及發(fā)育規(guī)模開(kāi)展裂縫組系劃分。

A油田太古界變質(zhì)巖潛山經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，裂縫發(fā)育呈現(xiàn)多組系特征。根據(jù)上述原則，對(duì)A油田的裂縫系統(tǒng)劃分為2組。第1組為大尺度的斷裂帶或裂縫密集發(fā)育帶，整體走向以北東東向?yàn)橹?，少量近南北向，基于三維地震資料提取最大曲率、細(xì)化斷層概率體或相干體等敏感地震屬性(圖3)，屬性顯示該組裂縫延展長(zhǎng)度普遍超過(guò)500 m、斷裂帶兩側(cè)對(duì)裂縫發(fā)育的影響范圍超過(guò)100 m；第2組為中等尺度的風(fēng)化張裂縫及派生構(gòu)造剪裂縫，裂縫走向大部分為北東東向，巖心及成像測(cè)井資料顯示，該組裂縫縫寬一般大于100 μm，單條裂縫側(cè)向延展長(zhǎng)度小于500 m。此外，對(duì)于小尺度的微裂縫，由于其對(duì)裂縫系統(tǒng)滲流能力的貢獻(xiàn)程度有限，可作為基質(zhì)儲(chǔ)集空間的一部分，通過(guò)前面所述的基質(zhì)類(lèi)型劃分在基質(zhì)建模中完成表征。

圖3 渤海A油田潛山最大曲率屬性與細(xì)化斷層概率體屬性

3 基質(zhì)系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)地質(zhì)建模

改善雙重介質(zhì)地質(zhì)建模質(zhì)量，除了進(jìn)一步開(kāi)展基質(zhì)系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)細(xì)分類(lèi)研究，還需處理好建?；A(chǔ)軟、硬數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)在類(lèi)型相控條件下優(yōu)選算法，實(shí)現(xiàn)軟數(shù)據(jù)對(duì)硬數(shù)據(jù)的合理有效約束。

1) 基質(zhì)類(lèi)型建模。

根據(jù)基質(zhì)分類(lèi)方案，利用微觀資料標(biāo)定裂縫密度、凈毛比、基質(zhì)孔隙度與滲透率等多項(xiàng)參數(shù)，完成單井基質(zhì)類(lèi)型細(xì)分，通過(guò)采用與各類(lèi)基質(zhì)關(guān)系緊密的約束屬性進(jìn)行隨機(jī)模擬，可以建立反映不同基質(zhì)類(lèi)型分布的相模型(圖4)。

圖4 渤海A油田基質(zhì)類(lèi)型相屬性模型

一類(lèi)基質(zhì)受風(fēng)化作用及構(gòu)造應(yīng)力共同影響，縱向上主要分布于風(fēng)化層內(nèi)，橫向上主要位于古地貌相對(duì)較高的古山頭、古山坡或古斷裂附近，從控因角度分析，可選擇反映古地貌地形及大型古斷裂分布的地震層面屬性或體屬性作為約束軟數(shù)據(jù)。因此，通過(guò)印模法恢復(fù)了A油田太古界潛山喜山期構(gòu)造形變之前的、數(shù)字化的古地貌形態(tài)，可反映整體地形起伏變化和部分規(guī)模較大的古斷裂位置，作為面屬性約束單井一類(lèi)基質(zhì)劃分結(jié)果完成相建模。二類(lèi)基質(zhì)主要受構(gòu)造應(yīng)力影響，由于構(gòu)造破裂,基質(zhì)巖塊內(nèi)派生出少量微裂縫，可選擇反映古斷裂規(guī)模的體屬性作為約束數(shù)據(jù)。因此，通過(guò)篩選印支期、燕山期、喜山期主要活動(dòng)的斷層，計(jì)算各網(wǎng)格中心點(diǎn)與斷層面的距離生成斷層距離體，將其作為體屬性約束單井二類(lèi)基質(zhì)劃分結(jié)果完成相建模。三類(lèi)基質(zhì)屬于未接受改造巖塊，不再設(shè)置約束條件。綜合上述方法，通過(guò)隨機(jī)模擬建立反映不同基質(zhì)類(lèi)型的相模型(圖4)。

2) 裂縫網(wǎng)絡(luò)建模。

裂縫分組模擬是DFN離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建模方法應(yīng)用的核心，針對(duì)不同尺度的裂縫組系，需采用確定性模擬及隨機(jī)模擬相結(jié)合建立裂縫網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于斷裂級(jí)別的大尺度裂縫，以最大曲率、細(xì)化斷層概率體等地震敏感屬性檢測(cè)的裂縫分布成果為輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)確定性模擬方法直接轉(zhuǎn)化為裂縫網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于中等尺度裂縫來(lái)說(shuō)，由于規(guī)模相對(duì)小、延展距離有限，利用地震資料難以檢測(cè)出來(lái)，主要以成像測(cè)井的裂縫解釋成果為輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)裂縫產(chǎn)狀差異進(jìn)一步劃分組系，分組統(tǒng)計(jì)形成裂縫密度曲線并隨機(jī)模擬獲得裂縫密度屬性。

根據(jù)不同類(lèi)型基質(zhì)的成因機(jī)制、儲(chǔ)集空間特征及其劃分方法可以看出，基于基質(zhì)類(lèi)型細(xì)分隨機(jī)模擬建立的相屬性不僅可以反映基質(zhì)類(lèi)型分布，也在一定程度上可以反映裂縫發(fā)育程度。因此，通過(guò)基質(zhì)相模型對(duì)不同組系裂縫的密度體分布進(jìn)行相控模擬，也可提高裂縫密度建模質(zhì)量。

對(duì)A油田來(lái)說(shuō)，在基質(zhì)相控的基礎(chǔ)上，針對(duì)風(fēng)化帶、內(nèi)幕帶，分別采用古地貌屬性、斷層距離體屬性作為協(xié)克里金第二變量進(jìn)行序貫高斯模擬生成裂縫密度體。裂縫密度模擬結(jié)果顯示(圖5)，靠近潛山頂部的風(fēng)化帶層段，裂縫密度屬性值相對(duì)較高且呈似層狀分布，對(duì)于潛山內(nèi)幕部分，裂縫密度屬性值相對(duì)較低且呈不連續(xù)狀、斑塊狀分布，斷層附近的裂縫密度相對(duì)較高，遠(yuǎn)離斷層的裂縫密度相對(duì)較低，均符合潛山內(nèi)部的裂縫發(fā)育規(guī)律，進(jìn)一步生成中等尺度規(guī)模裂縫網(wǎng)絡(luò)(圖6)。

圖5 渤海A油田裂縫密度屬性模型

圖6 渤海A油田潛山大尺度、中等尺度裂縫網(wǎng)絡(luò)模型

4 基于基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)連通性分析的模型質(zhì)控

潛山內(nèi)基質(zhì)與裂縫連通程度直接影響油氣藏開(kāi)發(fā)效果，是雙重介質(zhì)表征效果質(zhì)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微裂縫以及部分規(guī)模較大的連續(xù)溶蝕孔洞是連通基質(zhì)系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)的主要通道。微裂縫在微觀上局部受潛山內(nèi)巖性差異影響，暗色礦物含量越高，淺色礦物含量越低，巖石越難發(fā)生破裂，儲(chǔ)層發(fā)育程度越低。微裂縫的發(fā)育程度宏觀上主要受控于斷裂活動(dòng)，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力集中的構(gòu)造部位如古隆起高點(diǎn)、斷裂帶附近等往往是微裂縫派生發(fā)育的部位，因此，可以通過(guò)裂縫密度屬性部分反映微裂縫集中發(fā)育的部位。

A油田裂縫微觀特征表現(xiàn)為在潛山半風(fēng)化帶、動(dòng)力變質(zhì)作用碎裂巖段，發(fā)育網(wǎng)狀裂縫，且疊加風(fēng)化淋濾作用，早期形成的裂縫往往被晚期裂縫切割并發(fā)生一定的溶蝕改造(圖7)，形成裂縫壁不規(guī)則的各類(lèi)溶解縫。潛山內(nèi)幕主要發(fā)育構(gòu)造裂縫和巖石、礦物等沿解理形成的解理縫或晶體縫。巖心、壁心鑄體薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，81%的薄片發(fā)育各類(lèi)裂縫，但裂縫充填程度較高(圖7)，有效裂縫的開(kāi)度一般為1～100 μm，以微裂縫為主。

圖7 渤海A油田潛山發(fā)育微裂縫的儲(chǔ)層

由于裂縫密度參數(shù)與基質(zhì)、裂縫雙重系統(tǒng)之間連通程度具有一定的關(guān)聯(lián)，因此，在定量地質(zhì)模型中定義某個(gè)特定網(wǎng)格單元裂縫形狀因子σ(式(1)),衡量基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)的流體易流動(dòng)性[16]，σ值越高，流體越易于從基質(zhì)系統(tǒng)流向裂縫系統(tǒng)。

(1)

式(1)中：Lx、Ly、Lz為單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)沿x、y、z方向的裂縫平均間距。

A油田變質(zhì)巖潛山裂縫密度模擬結(jié)果與σ參數(shù)具有良好的正相關(guān)性(圖8)，反映了裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果的可靠性。

圖8 渤海A油田潛山裂縫密度屬性、σ屬性交會(huì)圖

5 結(jié)論

1) 應(yīng)用雙重介質(zhì)建模方法對(duì)復(fù)雜潛山儲(chǔ)層開(kāi)展地質(zhì)建模，儲(chǔ)層需具備顯著的雙孔、雙滲特征，即基質(zhì)系統(tǒng)相對(duì)高孔、低滲，裂縫系統(tǒng)相對(duì)低孔、高滲。

2) 對(duì)于裂儲(chǔ)比低、地質(zhì)儲(chǔ)量主要賦存于基質(zhì)系統(tǒng)的潛山油氣藏來(lái)說(shuō)，根據(jù)不同類(lèi)型基質(zhì)特征及其控制因素開(kāi)展類(lèi)型細(xì)分以及相控建模，可有效提高基質(zhì)系統(tǒng)表征質(zhì)量。

3) 裂縫組系劃分是提高裂縫系統(tǒng)表征質(zhì)量的主要方法，不僅要考慮裂縫成因及產(chǎn)狀特征，也要結(jié)合研究資料基礎(chǔ)及其對(duì)應(yīng)的不同尺度裂縫來(lái)進(jìn)行綜合分組。

4) 微裂縫發(fā)育程度是影響基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)之間連通能力的主要因素，通過(guò)分析裂縫形狀因子σ與裂縫密度屬性的相關(guān)關(guān)系，可質(zhì)控基質(zhì)、裂縫雙重系統(tǒng)的建模質(zhì)量。